CN104170156B - 配备有帕尔贴单体的蓄电池模块 - Google Patents

配备有帕尔贴单体的蓄电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及蓄电池模块(30)，该蓄电池模块包括：‑一个储存壳体(40)，‑容纳在所述储存壳体内部的至少一个蓄电池单体(50)，‑至少一个帕尔贴单体(70)，该帕尔贴单体的一个第一面(71)经由一个热传导构件与所述蓄电池单体直接地或间接地接触，并且该帕尔贴单体的一个第二面(72)经由一个热传导构件与该储存壳体的外部直接地或间接地接触，以及‑用于控制所述帕尔贴单体的一个单元(90)。根据本发明，所述帕尔贴单体与所述控制单元是由所述蓄电池单体供电的。

Description

配备有帕尔贴单体的蓄电池模块
发明的技术领域
本发明总体上涉及蓄电池。
更具体地说，本发明涉及一种蓄电池模块，该蓄电池模块包括：
-一个储存壳体，
-容纳在所述储存壳体中的至少一个蓄电池单体，
-至少一个帕尔贴(Peltier)单体，其第一面经由一个热传导元件与所述蓄电池单体直接地或间接地接触，并且其第二面经由一个热传导元件与该储存壳体的外侧直接地或间接地接触，以及
-用于控制所述帕尔贴单体的一个控制单元。
本发明还涉及一种包括至少两个以上提及的、容纳在一个保护性壳体中的蓄电池模块的蓄电池组。
本发明能以特别有利的方式应用于电动推进的机动车辆的蓄电池组的生产。
现有技术
电动推进的机动车辆通常配备有一台由蓄电池组供电的电动机。常规地，此类型的蓄电池组容纳多个蓄电池模块，每个蓄电池模块包括多个小的蓄电池单体。
蓄电池单体的数量被计算成使得该电动机可以产生足够的转矩和动力以便在预定的时间周期上推进该车辆。
当蓄电池组对电动机供电时，由这些蓄电池单体产生的能量中的大部分能量以热量形式被释放。于是，必须冷却这些蓄电池单体，其方式为使得这些蓄电池单体的温度决不超过一个阈值(这个阈值约为60摄氏度)，超过这个阈值则这些蓄电池单体将处于提前老化或者甚至不可逆损坏的危险。
为此目的，从文件WO 2010/083983中已知一种被安排成在有限的和限定的空间中容纳和冷却多个蓄电池单体的蓄电池模块。
在这个文件中，这些蓄电池单体是通过一种特别紧凑的方式来堆叠在另一个的顶部上并且被容纳在一个密封的储存壳体中。
在这个储存壳体中还容纳一个帕尔贴单体(一种电动热泵)，从而，当这个帕尔贴单体被供电时，该帕尔贴单体通过传导能够使这些蓄电池单体发出的热量向外排放。
在这个储存壳体中还容纳了帕尔贴单体的控制单元。
对每个蓄电池模块的帕尔贴单体供电于是就在该蓄电池组上需要一个特殊连接器，从而可以由机动车辆的附属电池(通常是铅酸蓄电池)来对这些帕尔贴单体供电。
然而，这种连接器制作昂贵并且需要对机动车辆的线束布置进行相应地设计。还使更换机动车辆的蓄电池组的操作变得复杂。
本发明的目的
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出了如在引言中定义的一种蓄电池模块，其中，所述帕尔贴单体和所述控制单元是由所述蓄电池单体供电的。
因此，由于本发明，这些蓄电池模块就能量而言是独立的，并且无需在蓄电池组上提供专用的连接系统来对这些帕尔贴单体供电。
因此对机动车辆上的蓄电池组进行更换的操作是方便的，这是因为有待被断开以及之后被重新连接的电源接头的数量较少。
此外，如以下描述的，根据本发明的蓄电池模块能与其他蓄电池模块相关联并且能够提供散逸性负载平衡的功能而没有能量损失，散逸的能量被用于冷却或加热其他蓄电池模块。
根据本发明的蓄电池模块的其他有利的和非限制性的特征如下：
-所述控制单元被容纳在该储存壳体的内部；
-所述帕尔贴单体被整合在该储存壳体中使得所述帕尔贴单体的第二面显露于该储存壳体的外侧上；
-该储存壳体具有界定该帕尔贴单体的一个绝缘壁；
-至少两个蓄电池单体被容纳在所述储存壳体中，提供一个热传导元件并且该热传导元件是被置于所述两个蓄电池单体与该帕尔贴单体的第一面之间。
本发明还提出了如在引言中定义的一种蓄电池组，该蓄电池组包括一个保护性壳体以及如以上提及的至少两个蓄电池模块，该至少两个蓄电池模块被容纳在所述保护性壳体中，其方式为使得该至少两个蓄电池模块的帕尔贴单体经由一个热传导元件与该保护性壳体直接地或间接地接触。
这种蓄电池组的其他有利的和非限制性的特征如下：
-所述保护性壳体包括一个托盘，牢牢密封该托盘的一个盖件，以及连接到所述蓄电池模块上的一个电源接头；
-该托盘是由热传导材料一件式制成；
-该托盘具有促使热交换的多个鳍片；
-至少一个流体循环通道经过该托盘；
-该托盘结合至少两个插入件，该至少两个插入件具有的热传导率严格地大于该托盘的其余部分的热传导率，这些被对应定位的插入件与每个蓄电池模块的帕尔贴单体的第二面接触；并且
-这些蓄电池模块的控制单元包括用于检测这两个蓄电池模块之间的电量差的装置，以及被适配成通过使用这个电量最多的蓄电池模块的蓄电池单体来将电流提供到这个电量最少的蓄电池模块的帕尔贴单体上。
示例性实施方案的详细说明
参照通过非限定实例提供的附图的以下说明将使本发明的特征和应用变得清楚。
在这些附图中：
-图1是根据本发明的一个蓄电池模块的示意性截面视图；
-图2是图1的区域II的细节视图；并且
-图3至图6是采用图1中所示类型蓄电池模块的一个蓄电池组的四个实施例的示意性截面视图。
首先，应该指出，本发明的在不同附图中示出的不同实施例的相同的或相似的元件最大可能地由相同的参考号来标识并且在每种情形下将不予以说明。
在本说明中，还考虑一个热传导元件具有大于1W-m-1-K-1的热传导率并且一个热绝缘元件具有小于0.05W-m-1-K-1的热传导率。
图1示出一个蓄电池模块30。
例如图3所示，此类型的蓄电池模块30旨在与相同类型的其他蓄电池模块30一起被存放在一个保护性壳体10中，以便形成一个被适配成用于对电动推进的机动车辆的电动机供电的蓄电池组1。
如图1所示，每个蓄电池模块30包括被容纳在一个储存壳体40中的多个小蓄电池单体50，连同一个帕尔贴单体70以及这个帕尔贴单体70的一个控制单元90。
如图2所示，该帕尔贴单体70是一个按热泵原理操作的热电元件，该热电元件具有两个面，一个面71被称作冷面而另一个面72被称为热面。因此，这个帕尔贴单体70被适配成当其被供电时对与其冷面71接触的这些元件(假设其热面72并不与一个过热元件接触)进行冷却。
为了冷却这些蓄电池单体50，帕尔贴单体70的冷面71于是被放置成(经由单个热传导元件来直接地或间接地)与这些蓄电池单体50接触，而其热面72(经由一个热传导元件来直接地或间接地)与该储存壳体40的外侧接触。
根据本发明的一个特别有利的特征，帕尔贴单体70和该控制单元90是由所讨论的蓄电池模块30的这些蓄电池单体50来供电的。
如将在本说明的其余部分中详细披露的，帕尔贴单体70和该控制单元90还可以由容纳在蓄电池组1的保护性壳体10中的其他蓄电池模块30的蓄电池单体50来供电。
在图1所示的蓄电池壳体30的实施例中，该储存壳体40具有平面六面体形状。
因此，该储存壳体具有一个矩形前壁42，该矩形前壁在后部与一个侧壁41界定。这个侧壁41以及这个前壁42是由塑料材料通过模制来一件式制成的。
该储存壳体40还具有由多个元件60、70、80形成的一个基底壁43。
如图1所示，这些蓄电池单体50就它们的部分而言是采取薄的平坦矩形板的形式。
这些蓄电池单体是彼此堆叠的，以便形成一个适应该储存壳体40的内部容积的一个堆栈。
每个蓄电池单体具有：被放置成抵靠在邻近的两个蓄电池单体50的主面上的两个平行的平坦主面、被放置成抵靠在该储存壳体40的侧壁41上的两个侧边、被放置成面向该储存壳体40的前壁42的一个前边缘51、以及一个相对的后边缘52。
每个蓄电池单体50配备有被放置成从其前边缘51中伸出的两个连接端子。
所有这些蓄电池单体50然后彼此串联地相连接并且与伸出到储存壳体40之外的两个端子(相端子和中性端子91、92)相连接。
如图1所示，帕尔贴单元70的尺寸相对于蓄电池单体50堆栈的尺寸是相对较小的。具体地说，其冷面71的尺寸远远小于蓄电池单体50堆栈的后部面的尺寸的。
为了使帕尔贴单体70能够冷却所有这些蓄电池单体50，在这些蓄电池单体50的后边缘52与帕尔贴单体70的冷面71之间插入了一个热传导元件60。
这个热传导元件60在此是由一个简单的矩形平板形成，该平板具有的尺寸与该储存壳体40的前壁42的尺寸相等，从而使得该热传导元件被应用在这些蓄电池单体50的后边缘52的整个表面上。
该热传导元件的尺寸还使得它可以密封该储存壳体40的后部。
这个储存壳体40还包括一个刚性绝缘壁80，该绝缘壁界定该帕尔贴单体70并且使其前部面81抵靠在热传导元件60的后部面上(见图2)。这个绝缘壁80具有的厚度使得其后部面82与帕尔贴单体70的热面72齐平。
这个绝缘壁80、热传导元件60以及帕尔贴单体70组合成该储存壳体40的基底壁43。
如图1所示，该控制单元90在这些蓄电池单体50的前边缘51与该储存壳体40的前壁42之间包括容纳在该储存壳体40中的一个电路板。
该控制单元由与两个端子(相端子及中性端子91、92)对应地相连接的两个导线供电。
该控制单元包括被适配成使电流从蓄电池模块30供应至该帕尔贴单元70的一个控制电路。出于此目的，该控制单元由两条供电线连接到帕尔贴单体70的两个端子上。
这个控制单元90包括用于感测帕尔贴单体70的冷面71的以及热面72的温度的热传感器。
该控制单元还包括用于获取蓄电池模块30的这些蓄电池单体50中的电量百分比的装置。
在本案中，这些获取装置包括：用于测量这些蓄电池模块的相端子和中性端子91、92处的流出的电流强度i1的装置，用于估算发送到帕尔贴单体70的电流强度i2的装置，以及允许随这两个电流强度M,i2变化来计算蓄电池模块30的电量百分比的装置。
最后，这个控制单元90包括用于与蓄电池组1的其他蓄电池模块30的控制单元90进行通信的通信装置。
因为所有这些装置，该控制单元90被适配成通过使用充电量最多的蓄电池模块30的这些蓄电池单体50来使电流被供应到充电量最少的蓄电池模块30的帕尔贴单体70。
更确切地，这些控制单元90被适配成：
-确定这些蓄电池模块30的电量百分比，
-将这个电量百分比与其他蓄电池模块30的电量百分比进行比较，并且
-通过使用该蓄电池模块30的电量百分比最大的蓄电池单体50来使电流被供应到其蓄电池模块30的帕尔贴单体70。
因此，到这些帕尔贴单体70的电流供应被用于保持不同蓄电池模块30之间的持续平衡，由此提高了这些模块的寿命。因此使这些蓄电池模块30的电量平衡的作用是散逸性的而不带有能量损失。
图3至图6示出了蓄电池组1的保护性壳体10；100；110；120四个实施例。
在这四个实施例中，保护性壳体10；100；110；120包括：在前部开放的一个托盘11；101；111；121，牢牢密封该托盘11；101；111；121的一个盖件12；102；112；122以及伸出到托盘11；101；111；121之外的一个电源接头13；103；113；123。
托盘11；101；111；121具有一个基底壁14；104；114；124，该基底壁在前部由侧壁15；105；115；125界定并且与侧壁一起限定一个壳体以用来接纳这些蓄电池模块30。
盖件12；102；112；122具有在后部由被安排成抵靠在托盘11；101；111；121的侧壁15；105；115；125的前部部分上的上升边缘17；107；117；127界定的一个前壁16；106；116；126。
锁定装置(未示出)可以被用来将盖件12；102；112；122锁定在托盘11；101；111；121上以便使保护性壳体10；100；110；120牢牢密封。
电源接头13；103；113；123伸出到托盘之外以便能达到使用者的意愿将蓄电池组1连接到机动车辆的电功率电路上。
这个电源接头13；103；113；123经由这些蓄电池模块30的相端子和中性端子91、92而与容纳在保护性壳体10；100；110；120中的蓄电池模块30串联地相连接。
这些蓄电池模块30在此被容纳在保护性壳体10；100；110；120中的方式是这些蓄电池模块的帕尔贴单体70的热面72经由单一热传导元件与保护性壳体10；100；110；120直接地或间接地接触。
这些蓄电池模块30在此是以一种邻接的方式彼此邻近放置的，并且其方式为使得这些蓄电池模块的储存壳体40的基底壁43抵靠在保护性壳体10；100；110；120的托盘11；101；111；121的基底壁14；104；114；124上。
在图3所示的实施例中，托盘11是由热传导材料一件式制成的，其方式为使其基底壁14可以将帕尔贴单元70的热面72发出的热量向外排放。
在图4所示的实施例中，托盘101与图3的托盘11的不同之处在于用于冷却剂流体循环的至少一个通道108经过该托盘。
在这个实施例中，通道108通过用于冷却剂流体的位于托盘101的侧壁105中的一个入口109A和出口109B而从托盘101中开放。这个入口109A和出口109B然后被连接到用于冷却剂流体的一个闭合冷却回路上，该闭合冷却回路例如包括一个简单的盘管。
在图5所示的实施例中，托盘111与图3的托盘11的不同之处在于该托盘是由热绝缘材料制成并且其基底壁114结合多个热传导插入件118。
在这个实施例中，这些插入件118的高度等于托盘111的基底壁114的厚度，从而使得这些插入件经过该基底壁从一侧延伸到另一侧。
插入件118的数量在此被提供成等于蓄电池模块30的数量。
这些插入件118具有的长度和宽度基本上等于蓄电池模块30的帕尔贴单体70的热面72的长度和宽度。这些插入件还被定位成使得它们的内面完全抵靠在蓄电池模块30的帕尔贴单体70的热面72上。0
最后，在图6所示的实施例中，托盘121与图3的托盘11的不同之处在于其基底壁124外侧携带多个鳍片128以用来促使与外部热交换。
蓄电池组1还包括用于紧固到该机动车辆的底盘上的装置(未示出)。
由于保护性壳体10；100；110；120的密封特性，蓄电池组1可以被紧固到机动车辆的空调客厢中而不存在泄漏的风险，甚至在事故情况下也是如此。当以此方式被紧固时，保护性壳体10；100；110；120的基底壁14；104；114；124由于客厢空气调节而使温度保持在大约20℃，这样能够使蓄电池模块30的帕尔贴单体70去冷却这些蓄电池单体50，而无论客厢之外的温度如何。
在一个变体中，还可以紧固该蓄电池组1，其方式为使得其保护性壳体10；100；110；120的基底壁14；104；114；124与车身底侧平齐，以便在机动车辆行进时促使与外部进行热交换。

Claims (6)

1.一种蓄电池组(1)，包括至少两个蓄电池模块(30)，每个蓄电池模块均包括：
-一个储存壳体(40)，
-容纳在所述储存壳体(40)中的至少一个蓄电池单体(50)，
-至少一个帕尔贴单体(70)，该帕尔贴单体由该蓄电池单体(50)供电，该帕尔贴单体的第一面(71)经由一个热传导元件与所述蓄电池单体(50)直接地或间接地接触，并且该帕尔贴单体的第二面(72)经由一个热传导元件与该储存壳体(40)的外侧直接地或间接地接触，以及
-用于控制所述帕尔贴单体(70)的一个控制单元(90)，该控制单元由该蓄电池单体(50)供电，
其特征在于，该蓄电池组还包括一个保护性壳体(10；100；110；120)，所述至少两个蓄电池模块被容纳在所述保护性壳体(10；100；110；120)中，其方式是这些蓄电池模块的帕尔贴单体经由一个热传导元件与该保护性壳体(10；100；110；120)直接地接触，
其中，所述保护性壳体(10；100；110；120)包括一个托盘(11；101；111；121)、牢牢密封该托盘(11；101；111；121)的一个盖件(12；102；112；122)、以及连接到所述蓄电池模块(30)上的一个电源接头(13；103；113；123)，其中，该托盘(111)结合至少两个插入件(118)，该至少两个插入件具有的热传导率严格地大于该托盘(11)的其余部分的热传导率，这些被对应定位的插入件与每个蓄电池模块(30)的帕尔贴单体(70)的第二面(72)接触。
2.如权利要求1所述的蓄电池组(1)，其中所述控制单元(90)被容纳在该储存壳体(40)中。
3.如权利要求1或2所述的蓄电池组(1)，其中所述帕尔贴单体(70)被整合在该储存壳体(40)中，使得所述帕尔贴单体的第二面(72)显露于该储存壳体(40)的外侧。
4.如权利要求3所述的蓄电池组(1)，其中该储存壳体(40)具有界定该帕尔贴单体(70)的一个绝缘壁(80)。
5.如权利要求1或2所述的蓄电池组(1)，其中至少两个蓄电池单体(50)被容纳在所述储存壳体(40)中，提供了一个热传导元件(60)并且该热传导元件是被置于所述两个蓄电池单体(50)与该帕尔贴单体(70)的第一面(71)之间。
6.如权利要求1所述的蓄电池组(1)，其中所述控制单元(90)包括用于检测所述至少两个蓄电池模块(30)之间的电量差的装置，以及被适配成使用电量最多的蓄电池模块(30)的蓄电池单体(50)来将电流提供到电量最少的蓄电池模块(30)的帕尔贴单体(70)上。
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